I ricercatori della Ritsumeikan University hanno migliorato le prestazioni del fotovoltaico a film sottile utilizzando un semiconduttore piezoelettrico
Le nuove celle fotovoltaiche-piezolettriche made in Japan
(Rinnovabili.it) – Nell’ormai lontano 2010, un gruppo di ricerca del Georgia Institute of Technology dimostrò per la prima volta l’effetto piezofotoelettronico. Per la precisione il team mostrò come l’uso di materiali piezoelettrici – che generano energia elettrica in seguito a sollecitazioni meccaniche – potesse migliorare le prestazioni di dispositivi optolettronici come le celle solari.
Tale effetto è in grado di modulare in modo efficiente l’energia del gap di banda alla giunzione pn (interfaccia) delle celle, incrementando di conseguenza anche l’efficienza. Gli scienziati del Georgia Tech, guidati dal professor Zhong Lin Wang, realizzarono dei nanofili piezoelettrici in ossido di zinco (ZnO), ottimizzandone le proprietà elettriche tramite deformazione ed esposizione ad una sorgente luminosa. Un risultato eccezionale nel campo che ha aperto la strada allo sviluppo di nuovi tipi di dispositivi elettronici flessibili autoalimentati. Parte da qui la nuova ricerca di un gruppo di scienziati giapponesi della Ritsumeikan University, a Kyoto. La squadra ha messo a punto delle nuove celle fotovoltaiche-piezolettriche, sottili e altamente reattive all’illuminazione indoor.
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Il dispositivo, sottile come un foglio di carta e lungo solo 10 mm, è stato realizzato depositando su una pellicola plastica uno strato di ZnMgO e uno di Selenio (Se). Il primo è un materiale piezoelettrico di tipo n ricco di elettroni; il secondo è un materiale di tipo p a basso costo, carente di elettroni e in grado di assorbire in modo efficiente la luce ambientale proveniente da LED o lampade fluorescenti. I due semiconduttori, uniti insieme, creano quindi una giunzione pn all’interfaccia la cui struttura elettronica a bande può essere essere controllata semplicemente piegando l’unità.
Ottimizzando il bandgap alla giunzione pn, i ricercatori hanno superato una delle principali cause di scarso rendimento nelle celle solari: la ricombinazione della carica. In questo processo, gli elettroni eccitati dalla luce si ricombinano con i “buchi” (lacune lasciate dagli elettroni), provocando una perdita di portatori di carica. Quando viene applicata una deformazione allo strato ZnMgO, si forma una regione polarizzata negativamente che contrasta il problema, aumentando la tensione a circuito aperto (una misura dei portatori di carica utili generati) da 0,59 V a 0,75 V. La ricerca è stata pubblicata su Nano Energy.
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